RU2742635C1 - Installation of ultrasonic microwelding - Google Patents

Installation of ultrasonic microwelding Download PDF

Info

Publication number
RU2742635C1
RU2742635C1 RU2020129362A RU2020129362A RU2742635C1 RU 2742635 C1 RU2742635 C1 RU 2742635C1 RU 2020129362 A RU2020129362 A RU 2020129362A RU 2020129362 A RU2020129362 A RU 2020129362A RU 2742635 C1 RU2742635 C1 RU 2742635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
ultrasonic
contact
contact electrode
holder
Prior art date
Application number
RU2020129362A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Подувальцев
Вячеслав Геннадьевич Сизов
Алексей Александрович Подувальцев
Original Assignee
Александр Владимирович Подувальцев
Вячеслав Геннадьевич Сизов
Алексей Александрович Подувальцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Владимирович Подувальцев, Вячеслав Геннадьевич Сизов, Алексей Александрович Подувальцев filed Critical Александр Владимирович Подувальцев
Priority to RU2020129362A priority Critical patent/RU2742635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2742635C1 publication Critical patent/RU2742635C1/en
Priority to PCT/RU2021/050271 priority patent/WO2022050874A1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: ultrasonic microwelding.
SUBSTANCE: invention relates to an installation for ultrasonic microwelding. The body with a U-shaped bearing base is mounted on a base plate. The welding head includes a holder for an ultrasonic transducer with a welding tool for ultrasonic welding fixed therein and a two-arm lever mounted in centers coaxial to each other. The installation also contains a mechanism for vertical and horizontal movement, a wire clamping unit with jaws, an optical head, a manipulator for moving the device to be welded, a mounting heated table, an ultrasonic generator and a current source. A contact electrode fixed in the holder is installed next to the welding tool. The working end of the contact electrode is spaced from the working end of the welding tool along the Z axis by an amount not less than the value of the upsetting of the conductor during welding. The contact electrode has the ability to move relative to the welding tool along the X, Y, Z axes, and the ability to set an adjustable static pressure on the conductor during welding. The contact electrode holder is fixed on an additional two-arm lever and is electrically isolated from the unit body. The holder of the ultrasonic transducer and the holder of the contact electrode are electrically connected to the outputs of the current source, and the area of ​​the contact surface of the working end of the contact electrode is greater than the area of ​​the contact surface of the working end of the welding tool.
EFFECT: technical result consists in expanding technological capabilities by providing the simultaneous supply of an electrical contact with the help of an electrode to the wire guide or to the contact pad of the device, as well as to the ultrasonic tool, and passing a welding current through them, which leads to the activation of ultrasonic welding by heating the welding zone electric current, in addition, in the manufacture of semiconductor devices, the thickness of the contact pads made of precious metals decreases.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а именно к установкам для ультразвуковой микросварки.The invention relates to equipment for the assembly of semiconductor devices and integrated circuits, and in particular to installations for ultrasonic microwelding.

Известен способ ультразвуковой сварки преимущественно проволочных выводов к контактным площадкам интегральных схем (Авторское свидетельство SU1230043A, МПК В23K 20/10 оп. 24.09.84), в котором описан способ монтажа проволочных проводников к контактным площадкам полупроводниковых приборов, заключающийся в следующем: к соединяемым элементам с помощью ультразвукового электрода прикладывают внешнее статическое давление, подают в зону соединения ультразвуковые колебания и пропускают электрический ток через оба соединяемых элемента, а величина тока составляет 0.8-0.9 от величины тока расплавления более легкоплавкого элемента, при этом контакт для пропускания тока подводится непосредственно к контактной площадке прибора.There is a known method of ultrasonic welding of mainly wire leads to the contact pads of integrated circuits (Inventor's certificate SU1230043A, IPC V23K 20/10 op. 24.09.84), which describes a method of mounting wire conductors to the contact pads of semiconductor devices, which consists in the following: to the connected elements with an external static pressure is applied using an ultrasonic electrode, ultrasonic vibrations are applied to the connection zone and an electric current is passed through both elements to be connected, and the current value is 0.8-0.9 of the value of the melting current of the more low-melting element, while the contact for passing the current is supplied directly to the contact pad of the device ...

В случае, если контактные площадки прибора сопоставимы с размерами проводника, нет возможности подвести к ним контакт, а также если контакт можно подвести к контактным площадкам прибора, то при малых толщинах покрытия контактных площадок они разрушаются под воздействием заданной величины пропускаемого электрического тока.If the contact pads of the device are comparable with the dimensions of the conductor, there is no way to bring a contact to them, and also if the contact can be brought to the contact pads of the device, then with small coating thicknesses of the contact pads, they are destroyed under the influence of a given value of the transmitted electric current.

Известна автоматическая установка для присоединения проволочных выводов, преимущественно внахлест (Авторское свидетельство SU1625630, МПК В25K 31/02, 1991 г.), содержащая координатный стол с приводами, сварочную головку, включающую инструмент с держателем, двуплечий рычаг и контакт запуска сварки, механизм перемещения сварочной головки, механизм подъема инструмента, узел зажима проволоки губками, блок управления, при этом, для расширения технологических возможностей, установка снабжена приводным механизмом поворота проволоки, который расположен на одном плече двуплечего рычага с возможностью взаимодействия с узлом зажима проволоки, на другом плече двуплечего рычага размещен механизм подъема инструмента с возможностью взаимодействия с контактом запуска сварки, а губки узла зажима проволоки установлены над инструментом, при этом ось их вращения совмещена с осью инструмента.Known automatic installation for connecting wire leads, mainly overlapping (Inventor's certificate SU1625630, IPC V25K 31/02, 1991), containing a coordinate table with drives, a welding head, including a tool with a holder, a two-armed lever and a contact for starting welding, a mechanism for moving the welding heads, a tool lifting mechanism, a wire clamping unit with jaws, a control unit, while, to expand technological capabilities, the installation is equipped with a wire turning drive mechanism, which is located on one shoulder of a two-armed lever with the possibility of interacting with a wire clamping unit, on the other shoulder of a two-armed lever a tool lifting mechanism with the ability to interact with the contact for starting welding, and the jaws of the wire clamping unit are installed above the tool, while their axis of rotation is aligned with the tool axis.

Корпус известной установки выполнен в виде стойки, и все рабочие узлы закреплены с помощью отдельных кронштейнов, что усложняет конструкцию, повышает ее металлоемкость, увеличивая массу, которая, в свою очередь, снижает скорость срабатывания исполнительных механизмов, а это влияет на качество сварки.The body of the known installation is made in the form of a rack, and all the working units are fixed with separate brackets, which complicates the structure, increases its metal consumption, increasing the mass, which, in turn, reduces the speed of the actuators, and this affects the quality of welding.

В качестве прототипа выбрана установка для микросварки (Патент на полезную модель RU15970U1, МПК B23K 31/02, оп. 27.11.2000 г.), содержащая корпус, установленный на опорной плите, сварочную головку, включающую инструмент, держатель и двуплечий рычаг, установленные в центрах, механизм вертикального перемещения, узел зажима проволоки с губками, оптическую головку, манипулятор перемещения свариваемого прибора, монтажный столик, блок управления, в которой корпус снабжен п-образным несущим основанием, на котором смонтированы сварочная головка, каретка ее горизонтального перемещения, совпадающего с направлением формирования проволочной перемычки, манипулятор, монтажный столик, а в нише п-образного основания установлен блок управления, двуплечий рычаг и держатель инструмента установлены в трех центрах, средний из которых - общий, смонтированных на кронштейне соосно друг другу и находящихся в одной горизонтальной плоскости с рабочим торцом сварочного инструмента, манипулятор выполнен в виде двух полых валов, взаимно перемещающихся по направляющим в вертикальной плоскости, причем нижний вал с одного конца соединен шарнирно с нижней ручкой манипулятора, при этом шарнир с помощью маховика имеет возможность вращения вокруг вертикальной оси вала, а верхний вал соединен также через шарнир с монтажным столиком, который вместе с шарниром имеет возможность вращения вокруг вертикальной оси вала, причем верхний вал через дополнительный шарнир соединен с п-образным несущим основанием.As a prototype, a device for microwelding was chosen (Patent for utility model RU15970U1, IPC B23K 31/02, op. 11/27/2000), containing a body mounted on a base plate, a welding head, including a tool, a holder and a two-armed lever installed in centers, a vertical movement mechanism, a wire clamping unit with jaws, an optical head, a manipulator for moving the device to be welded, a mounting table, a control unit in which the body is equipped with a U-shaped supporting base on which the welding head is mounted, a carriage of its horizontal movement coinciding with the direction forming a wire bridge, a manipulator, a mounting table, and a control unit is installed in the niche of the U-shaped base, a two-arm lever and a tool holder are installed in three centers, the middle of which is common, mounted on the bracket coaxially to each other and located in the same horizontal plane with the working the end of the welding tool, the manipulator is made in the form of two hollow shafts mutually moving along guides in a vertical plane, and the lower shaft at one end is pivotally connected to the lower handle of the manipulator, while the hinge with the help of a flywheel can rotate around the vertical axis of the shaft, and the upper shaft is also connected through the hinge to the mounting table, which, together with the hinge, has the ability to rotate around the vertical axis of the shaft, and the upper shaft through an additional hinge is connected to the u-shaped bearing base.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, по сравнению с установкой-прототипом, является расширение технологических возможностей установки, в частности разрешение следующих технологических проблем при сборке полупроводниковых приборов:The problem solved by the proposed invention, in comparison with the prototype installation, is to expand the technological capabilities of the installation, in particular, the solution of the following technological problems in the assembly of semiconductor devices:

1. Из-за тенденции уменьшения размеров (габаритов) контактных площадок в приборе за счет увеличения их интеграции (например: монтаж проволочных перемычек диаметром 40 мкм на контактные площадки размером 40×40 мкм) присоединение проволочных проводников с помощью ультразвуковой сварки затруднен, в виду того, что длина сварного соединения должна составлять не менее 2-2,5 диаметров проволочного проводника, так как при меньших размерах длины сварного соединения сварка не происходит или будет нестабильной. С этой целью в зону образования сварного соединения необходимо ввести локальную тепловую энергию для активации процесса сварки, например дополнительным разогревом соединяемых элементов при ультразвуковой сварке. Это может достигаться за счет одновременного подвода электрического контакта с помощью специального электрода к проволочному проводнику или к контактной площадке прибора, а также к ультразвуковому инструменту и пропусканием через них сварочного тока, при этом будет происходить активация ультразвуковой сварки с помощью подогрева зоны сварки электрическим током.1. Due to the tendency to reduce the size (dimensions) of the contact pads in the device due to the increase in their integration (for example: installation of wire jumpers with a diameter of 40 μm on contact pads with a size of 40 × 40 μm), the connection of wire conductors by means of ultrasonic welding is difficult, since that the length of the welded joint should be at least 2-2.5 diameters of the wire conductor, since with smaller dimensions of the length of the welded joint, welding does not occur or will be unstable. For this purpose, it is necessary to introduce local thermal energy into the zone of formation of a welded joint to activate the welding process, for example, by additional heating of the connected elements during ultrasonic welding. This can be achieved by simultaneously supplying an electrical contact with a special electrode to the wire guide or to the contact pad of the device, as well as to the ultrasonic tool and passing a welding current through them, while ultrasonic welding will be activated by heating the welding zone with an electric current.

2. Подвод контакта к контактной площадке прибора и дальнейшее пропускание электрического тока через материал площадки во время сварки в известном способе ультразвуковой сварки проблематичен, т.к. при изготовлении полупроводниковых приборов уменьшаются толщины контактных площадок выполненные из драгметаллов с целью уменьшения производственных издержек, например толщина покрытий контактных площадок в приборе может составлять 0,05 мкм - покрытие иммерсионным золотом или серебром (в том числе толщина материалов, нанесенных с помощью технологии напыления, также составляет до 0,05 мкм), в этом случае покрытия контактных площадок такой толщины затрудняет образование сварного соединения при ультразвуковой сварке, пластическая деформация при образовании сварного соединения, то есть взаимное течение материалов, становится незначительным для образования общих связей, и с этой целью необходима дополнительная активация процесса сварки за счет ввода в зону сварки локальной дополнительной тепловой энергии.2. The supply of the contact to the contact pad of the device and further transmission of electric current through the material of the pad during welding in the known ultrasonic welding method is problematic, because in the manufacture of semiconductor devices, the thickness of the contact pads made of precious metals is reduced in order to reduce production costs, for example, the thickness of the coating of the contact pads in the device can be 0.05 microns - coating with immersion gold or silver (including the thickness of materials applied using the deposition technology, also is up to 0.05 μm), in this case, the coating of contact areas of such a thickness makes it difficult to form a welded joint during ultrasonic welding, plastic deformation during the formation of a welded joint, that is, the mutual flow of materials, becomes insignificant for the formation of common bonds, and for this purpose additional activation of the welding process due to the introduction of local additional heat energy into the welding zone.

Таким образом, указанная задача решается установкой для ультразвуковой микросварки, содержащей корпус, снабженный п-образным несущим основанием, установленный на опорной плите, сварочную головку, включающую держатель ультразвукового преобразователя с закрепленным в нем сварочным инструментом для ультразвуковой сварки и двуплечий рычаг, установленные в соосных друг другу центрах, механизм вертикального и горизонтального перемещения, узел зажима проволоки с губками, оптическую головку, манипулятор перемещения свариваемого прибора, монтажный подогреваемый столик, ультразвуковой генератор и источник тока, в которой, согласно предложению, рядом со сварочным инструментом установлен закрепленный в держателе контактный электрод, причем рабочий торец контактного электрода отстоит от рабочего торца сварочного инструмента по оси Z на величину не менее величины осадки проводника при сварке, при этом контактный электрод имеет возможностью перемещения относительно сварочного инструмента по осям Х, Y, Z, а также возможность задания регулируемого статического давления на проводник при сварке, причем держатель контактного электрода закреплен на дополнительном двуплечем рычаге и электрически изолирован от корпуса установки, при этом держатель ультразвукового преобразователя и держатель контактного электрода электрически соединены с выходами источника тока, а площадь контактной поверхности рабочего торца контактного электрода больше площади контактной поверхности рабочего торца сварочного инструмента.Thus, the specified problem is solved by an installation for ultrasonic microwelding, containing a housing equipped with a U-shaped supporting base, mounted on a base plate, a welding head including an ultrasonic transducer holder with a welding tool for ultrasonic welding fixed in it and a two-armed lever installed in coaxial other centers, a vertical and horizontal movement mechanism, a wire clamping unit with jaws, an optical head, a manipulator for moving the device to be welded, a heated mounting table, an ultrasonic generator and a power source, in which, according to the proposal, a contact electrode fixed in the holder is installed next to the welding tool, moreover, the working end of the contact electrode is spaced from the working end of the welding tool along the Z axis by an amount not less than the value of the upsetting of the conductor during welding, while the contact electrode has the ability to move relative to the welding tool along the X, Y axes , Z, as well as the possibility of setting an adjustable static pressure on the conductor during welding, and the contact electrode holder is fixed on an additional two-armed lever and electrically isolated from the installation body, while the ultrasonic transducer holder and the contact electrode holder are electrically connected to the outputs of the current source, and the contact area the surface of the working end of the contact electrode is larger than the area of the contact surface of the working end of the welding tool.

Существенные признаки изобретения следующим образом влияют на достигаемый технический результат:The essential features of the invention affect the achieved technical result as follows:

1. Возможность перемещения контактного электрода и регулировки по осям Х, У, Z относительно сварочного инструмента позволяет приближать или удалять контактный электрод и сварочный инструмент друг от друга по осям Х, У в зависимости от условий монтажа, а также выставлять необходимое рассогласование между ними по оси Z. В последнем случае необходимо, чтобы расстояние между рабочим торцом контактного электрода и рабочим торцом сварочного инструмента по оси Z составляло не менее величины осадки проводника при ультразвуковой сварке так как, если на одной из контактных площадок требуется только ультразвуковая сварка, например на контактную площадку кристалла, то величина перемещения рабочего торца контактного электрода при ультразвуковой сварке была не более величины осадки проводника, тем самым исключается повреждение структуры полупроводникового кристалла, а в случае ультразвуковой сварки с подводом в зону сварки импульса тока, рабочий торец контактного электрода перемещают относительно рабочего торца сварочного инструмента на величину не менее суммы величин осадки проводника при ультразвуковой сварке и диаметра проводника, при этом контактный электрод может подводиться, как на проводник, так и на контактную площадку, причем в обоих случаях статическое давление во время сварки, прикладываемое с помощью контактного электрода, не изменяется и выплеск материалов при пропускании сварочного тока не происходит. 1. The ability to move the contact electrode and adjust along the X, Y, Z axes relative to the welding tool allows you to approach or remove the contact electrode and the welding tool from each other along the X, Y axes, depending on the installation conditions, as well as set the required misalignment between them along the axis Z. In the latter case, it is necessary that the distance between the working end of the contact electrode and the working end of the welding tool along the Z axis is not less than the value of the conductor upsetting during ultrasonic welding, since if only ultrasonic welding is required on one of the contact pads, for example, to the contact pad of the crystal , then the amount of movement of the working end of the contact electrode during ultrasonic welding was no more than the value of the upsetting of the conductor, thereby eliminating damage to the structure of the semiconductor crystal, and in the case of ultrasonic welding with a current pulse supplied to the welding zone, the working end of the contact electrode is moved relative to the tip of the welding tool by an amount not less than the sum of the values of the upsetting of the conductor during ultrasonic welding and the diameter of the conductor, while the contact electrode can be supplied both to the conductor and to the contact pad, and in both cases, static pressure during welding applied using the contact electrode does not change and no splash of materials occurs when welding current is passed.

2. Закрепление контактного электрода на дополнительном двуплечем рычаге позволяет перемещать контактный электрод относительно сварочного инструмента приводом сварочной головки по оси Z, что упрощает конструкцию установки без использования дополнительных устройств.2. Fixing the contact electrode on an additional two-arm lever allows the contact electrode to be moved relative to the welding tool by the welding head drive along the Z axis, which simplifies the design of the installation without the use of additional devices.

3. Выполнение площади контактной поверхности рабочего торца контактного электрода больше площади рабочего торца контактной поверхности сварочного инструмента позволяет уменьшить плотность тока во время сварки под рабочим торцом контактного электрода, по сравнению с плотностью тока под рабочим торцом сварочного инструмента, при этом сварное соединение образуется только под рабочим торцом сварочного инструмента.3. Making the area of the contact surface of the working end of the contact electrode is larger than the area of the working end of the contact surface of the welding tool allows to reduce the current density during welding under the working end of the contact electrode, compared to the current density under the working end of the welding tool, while the welded joint is formed only under the working butt end of the welding tool.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана установка для ультразвуковой микросварки, вид спереди.FIG. 1 shows a device for ultrasonic microwelding, front view.

На фиг. 2 показан вид спереди сварочной головки установки для ультразвуковой микросварки.FIG. 2 shows a front view of the welding head of an ultrasonic microwelding machine.

На фиг. 3 показан вид сверху сварочной головки установки для ультразвуковой микросварки.FIG. 3 is a top view of the welding head of an ultrasonic microwelding unit.

На фиг. 4 показан вид сзади сварочной головки установки для ультразвуковой микросварки.FIG. 4 shows a rear view of the welding head of an ultrasonic microwelding unit.

На фиг. 5 показан вид сбоку сварочной головки установки для ультразвуковой микросварки.FIG. 5 is a side view of the welding head of an ultrasonic microwelding machine.

Установка для ультразвуковой микросварки содержит корпус, снабженный п-образным несущим основанием 1, установленный на опорной плите 2, сварочную головку 3, включающую ультразвуковой преобразователь 4 с закрепленным в нём сварочным инструментом 5 для ультразвуковой сварки с вертикальной подачей методом «шарик-клин», основной 6 и дополнительный 7 двуплечие рычаги, установленные в центрах 8, 9, 10, при этом их центра качания соосны друг другу и находятся в одной (горизонтальной) плоскости, совпадающей с плоскостью рабочего торца сварочного инструмента 5, механизм вертикального перемещения 11 по оси Z основного 6 и дополнительного 7 рычагов, узел зажима проволоки с губками 12, механизм горизонтального перемещения 13 сварочной головки 3 по оси Х, оптическую головку 14, манипулятор 15 перемещения по координатам Х, Y монтажного столика 16, механизм перемещения 17 столика 16 по координате Y, установленный на манипуляторе 15, ультразвуковой генератор 18, встроенный в блок управления 19, источник тока 20, установленный на дополнительном двуплечем рычаге 7 держатель 21, с закрепленным в нём контактным электродом 22 для подвода контакта к присоединяемому проводнику и контактной площадке прибора. Держатель 21 снабжен механизмом перемещения 23 для регулировки положения контактного электрода 22 по осям Х, Y, Z относительно сварочного инструмента 5, при этом задание статического давления на проводник контактным электродом 22 производится плоской пружиной 24 и винта 25, а перемещение контактного электрода 22 по осям Х, Y, Z, производится с помощью винтов 26, 27. Держатель 21 электрически изолирован от корпуса установки (от «земли») с помощью прокладки 28, при этом к держателю 21 контактного электрода 22 и к ультразвуковому преобразователю 4 от выходов источника тока 20 подведены силовые кабели (на чертеже не показаны) к контактам 29, 30, при этом площадь контактной поверхности рабочего торца контактного электрода 22, больше площади контактной поверхности рабочего торца сварочного инструмента 5 с присоединяемым проводником.The installation for ultrasonic microwelding contains a body equipped with a U-shaped supporting base 1, mounted on a base plate 2, a welding head 3, including an ultrasonic transducer 4 with a welding tool 5 fixed in it for ultrasonic welding with vertical feed by the "ball-wedge" method, the main 6 and additional 7 two-arm levers installed in the centers 8, 9, 10, while their swing centers are coaxial to each other and are in one (horizontal) plane coinciding with the plane of the working end of the welding tool 5, the vertical movement mechanism 11 along the Z axis of the main 6 and additional 7 levers, a wire clamping unit with jaws 12, a mechanism for horizontal movement 13 of the welding head 3 along the X axis, an optical head 14, a manipulator 15 for moving along the X, Y coordinates of the assembly table 16, a mechanism for moving the table 16 along the Y coordinate, installed on manipulator 15, ultrasonic generator 18, built into control unit 19, source uk current 20, mounted on an additional two-arm lever 7, a holder 21, with a contact electrode 22 fixed in it for supplying a contact to the connected conductor and the contact pad of the device. The holder 21 is equipped with a movement mechanism 23 for adjusting the position of the contact electrode 22 along the X, Y, Z axes relative to the welding tool 5, while the static pressure on the conductor by the contact electrode 22 is set by the flat spring 24 and the screw 25, and the movement of the contact electrode 22 along the X axes , Y, Z, is produced using screws 26, 27. The holder 21 is electrically isolated from the installation body (from the "ground") by means of a gasket 28, while the holder 21 of the contact electrode 22 and the ultrasonic transducer 4 are connected from the outputs of the current source 20 power cables (not shown in the drawing) to contacts 29, 30, while the area of the contact surface of the working end of the contact electrode 22 is greater than the area of the contact surface of the working end of the welding tool 5 with the connected conductor.

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

Предварительно, перед началом монтажа, выставляют взаимное положение сварочного инструмента 5 и контактного электрода 22, по осям Х, Y, Z (с помощью винтов 26, 27, расположенных на механизме перемещения 23) таким образом, чтобы рабочий торец контактного электрода 22 относительно рабочего торца сварочного инструмента 5 по осям Х и У были на минимальном расстоянии друг от друга, а по оси Z - так, чтобы между ними было расстояние не менее величины осадки проводника при ультразвуковой сварке. Previously, before starting the installation, the relative position of the welding tool 5 and the contact electrode 22 is set along the X, Y, Z axes (using screws 26, 27 located on the movement mechanism 23) so that the working end of the contact electrode 22 relative to the working end of the welding tool 5 along the X and Y axes were at a minimum distance from each other, and along the Z axis - so that there was a distance between them not less than the value of the conductor upsetting during ultrasonic welding.

Оператор, наблюдая в оптическую головку 14 монтажный столик 16 с прибором, нажимает кнопку «ПУСК» на ручке (на чертеже не показана) манипулятора 15, при этом блок управления 19 по заданной циклограмме включает исполнительные механизмы для работы установки в режиме монтажа проволочной перемычки методом «шарик-клин» в следующем порядке.The operator, observing the assembly table 16 with the device in the optical head 14, presses the "START" button on the handle (not shown in the drawing) of the manipulator 15, while the control unit 19, according to a given cyclogram, turns on the actuators for the installation to operate in the mode of installing a wire jumper using the " ball-wedge "in the following order.

Механизм вертикального перемещения 11 перемещает двуплечие рычаги 6 и 7 с закрепленными на них ультразвуковым преобразователем 4 со сварочным инструментом 5 и держателем 21 с контактным электродом 22 в направлении монтажного столика 16 путем поворота их в центрах 8, 9, 10. По команде с блока управления 19 перемещение прерывается, и сварочный инструмент 5 и контактный электрод 22 зависают на заданном расстоянии от поверхности монтажного столика 16 над первой контактной площадкой собираемого прибора, при этом оператор с помощью манипулятора 15 по осям Х, У точно совмещает рабочий торец сварочного инструмента 5 с местом образования первого сварного соединения на контактной площадке кристалла (на чертеже не показана). По следующему нажатию кнопки «ПУСК» сварочный инструмент 5 с помощью механизма вертикального перемещения 11 опускается на контактную площадку кристалла и статическим давлением прижимает «шарик», заранее образованный под рабочим торцом сварочного инструмента 5 путем оплавления проволоки с помощью искрового генератора (на чертеже не показан), к поверхности контактной площадки, при этом контактный электрод 22 не касается плоскости первой сварки и находится от неё на расстоянии, которое превышает величину осадки «шарика» при сварке, далее включается ультразвуковой генератор 18, и происходит ультразвуковая сварка «шарика» на первой контактной площадке, при этом образуется первое сварное соединение при формировании проволочной перемычки. Включаются механизм перемещения 11 сварочной головки 3 по оси Z и механизм перемещения 17 предметного столика 16 по координате У, при этом сварочный инструмент 5, с вытягиваемой из него проволокой, перемещается по заданной траектории проволочной перемычки в направлении второй контактной площадки.The vertical movement mechanism 11 moves the two-armed levers 6 and 7 with the ultrasonic transducer 4 with the welding tool 5 and the holder 21 with the contact electrode 22 attached to them in the direction of the assembly table 16 by turning them in the centers 8, 9, 10. At the command from the control unit 19 the movement is interrupted, and the welding tool 5 and the contact electrode 22 hang at a predetermined distance from the surface of the assembly table 16 above the first contact pad of the assembled device, while the operator, using the manipulator 15 along the X, Y axes, precisely aligns the working end of the welding tool 5 with the formation of the first welded joint on the contact pad of the crystal (not shown in the drawing). By the next pressing of the "START" button, the welding tool 5 is lowered onto the contact pad of the crystal with the help of the vertical movement mechanism 11 and by static pressure presses the "ball" previously formed under the working end of the welding tool 5 by melting the wire using a spark generator (not shown in the drawing) , to the surface of the contact pad, while the contact electrode 22 does not touch the plane of the first welding and is located from it at a distance that exceeds the amount of upsetting of the "ball" during welding, then the ultrasonic generator 18 is turned on, and ultrasonic welding of the "ball" occurs on the first contact pad whereby the first weld is formed when the jumper wire is formed. The mechanism of movement 11 of the welding head 3 along the Z axis and the mechanism of movement 17 of the object stage 16 along the Y coordinate are switched on, while the welding tool 5, with the wire pulled from it, moves along a predetermined path of the wire jumper in the direction of the second contact pad.

Описание работы исполнительных устройств установки может быть справедливо и в случае формирования проволочной перемычки с использованием механизма вертикального перемещения 11 сварочной головки и механизма горизонтального перемещения 13 сварочной головки по оси Х.The description of the operation of the actuators of the installation can also be true in the case of the formation of a wire bridge using the vertical movement mechanism 11 of the welding head and the mechanism of horizontal movement 13 of the welding head along the X axis.

По команде с блока управления 19 перемещение прерывается, и сварочный инструмент 5 и контактный электрод 22 зависают на заданном расстоянии от поверхности второй контактной площадки, при этом оператор с помощью манипулятора 15 по осям Х, Y точно совмещает рабочий торец сварочного инструмента 5 с местом образования сварного соединения методом «клина» на второй контактной площадке платы (на чертеже не показана). По следующему нажатию кнопки «ПУСК» сварочный инструмент 5 с помощью привода 11 по оси Z опускается на вторую контактную площадку кристалла и статическим давлением прижимает проволоку рабочим торцом к поверхности контактной площадки, при этом привод вертикального перемещения 11 продолжает работу и перемещает дополнительный двуплечий рычаг 7, с закрепленным на нем держателем 21 контактного электрода 22 относительно основного двуплечего рычага 6 до тех пор, пока контактный электрод 22 не переместится относительно сварочного инструмента 5 по оси Z на расстояние не менее суммы величины осадки проводника при ультразвуковой сварке на первой контактной площадке и величины диаметра проводника, при этом контактный электрод 22 опускается на проволочный проводник рядом со сварочным инструментом 5 и с заданным статическим давлением, которое задается с помощью плоской пружины 24 и винта 25, и прижимает проволоку ко второй контактной площадке платы с заданным усилием, после чего одновременно включаются ультразвуковой генератор 18 и источник тока 20, при этом от источника тока 20 протекает сварочный ток по цепи: силовой кабель ( на чертеже не показан) подсоединенный к контакту 29, через держатель электрода 21, электрически изолированный от корпуса установки (от «земли») с помощью прокладки 28, через контактный электрод 22, через отрезок проволочного проводника (на чертеже не показан), заключенный между электродом 22 и сварочным инструментом 5, через сварочный электрод 5, через ультразвуковой преобразователь 4, силовой кабель (на чертеже не показан) подсоединенный к контакту 30, при этом ультразвуковая энергия через сварочный инструмент 5 подается в зону образования сварного соединения на второй контактной площадке платы. Происходит образование сварного соединения под рабочим торцом сварочного инструмента 5, при этом под рабочим торцом контактного электрода 22 сварное соединение не образуется, так как плотность сварочного тока под рабочим торцом контактного электрода 22 меньше, чем под рабочем торцом сварочного инструмента 5 за счет того, что площадь контактирующей поверхности контактного электрода 22 с проволокой больше площади контактирующей поверхности сварочного инструмента 5. После образования второго сварного соединения контактный электрод 22 и сварочный инструмент 5 приводом 11 перемещается вверх по оси Z на величину подачи проволоки для оплавления следующего «шарика» и с помощью губок 12 отделяют проволоку от второго сварного соединения с образованием «хвоста», далее с помощью искрового генератора (на чертеже не показан) под сварочным инструментом 5 путем оплавления «хвоста» проволоки образуется следующий «шарик» и далее цикл работы исполнительных устройств установки повторяется.At the command from the control unit 19, the movement is interrupted, and the welding tool 5 and the contact electrode 22 hang at a predetermined distance from the surface of the second contact pad, while the operator, using the manipulator 15 along the X, Y axes, precisely aligns the working end of the welding tool 5 with the place of formation of the welded connections by the "wedge" method on the second contact pad of the board (not shown in the drawing). By the next pressing of the "START" button, the welding tool 5 is lowered by the drive 11 along the Z axis to the second contact pad of the crystal and by static pressure presses the wire with the working end to the surface of the contact pad, while the vertical movement drive 11 continues to work and moves the additional two-armed lever 7, with the holder 21 of the contact electrode 22 attached to it relative to the main two-armed lever 6 until the contact electrode 22 moves relative to the welding tool 5 along the Z axis by a distance not less than the sum of the amount of upsetting of the conductor during ultrasonic welding on the first contact pad and the diameter of the conductor , while the contact electrode 22 is lowered onto the wire guide next to the welding tool 5 and with a predetermined static pressure, which is set using a flat spring 24 and a screw 25, and presses the wire to the second contact pad of the board with a predetermined force, after which I simultaneously turn on there is an ultrasonic generator 18 and a power source 20, while the welding current flows from the power source 20 through the circuit: a power cable (not shown in the drawing) connected to contact 29, through the electrode holder 21, electrically isolated from the installation body (from "ground") using a spacer 28, through the contact electrode 22, through a piece of wire conductor (not shown in the drawing), enclosed between the electrode 22 and the welding tool 5, through the welding electrode 5, through an ultrasonic transducer 4, a power cable (not shown in the drawing) connected to contact 30, while the ultrasonic energy through the welding tool 5 is supplied to the zone of formation of a welded joint on the second contact pad of the board. A welded joint is formed under the working end of the welding tool 5, while under the working end of the contact electrode 22 a welded joint is not formed, since the welding current density under the working end of the contact electrode 22 is less than under the working end of the welding tool 5 due to the fact that the area The contacting surface of the contact electrode 22 with the wire is larger than the area of the contacting surface of the welding tool 5. After the formation of the second welded joint, the contact electrode 22 and the welding tool 5 by the drive 11 move upward along the Z axis by the amount of wire feed to melt the next "ball" and with the help of jaws 12 are separated wire from the second welded joint with the formation of a "tail", then with the help of a spark generator (not shown in the drawing) under the welding tool 5 by melting the "tail" of the wire, the next "ball" is formed and then the cycle of operation of the actuators of the installation is repeated.

Claims (1)

Установка для ультразвуковой микросварки, содержащая корпус с п-образным несущим основанием, установленный на опорной плите, сварочную головку, включающую держатель ультразвукового преобразователя с закрепленным в нем сварочным инструментом для ультразвуковой сварки и двуплечий рычаг, установленные в соосных друг другу центрах, механизм вертикального и горизонтального перемещения, узел зажима проволоки с губками, оптическую головку, монтажный подогреваемый столик для свариваемого прибора, манипулятор перемещения монтажного столика, ультразвуковой генератор и источник тока, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным двуплечим рычагом и держателем с закрепленным в нем контактным электродом, при этом закрепленный в держателе контактный электрод установлен рядом со сварочным инструментом, причем рабочий торец контактного электрода отстоит от рабочего торца сварочного инструмента по оси Z на величину не менее величины осадки проводника при сварке, при этом контактный электрод установлен с возможностью перемещения относительно сварочного инструмента по осям Х, У, Z и с возможностью задания регулируемого статического давления на проводник при сварке, причем держатель контактного электрода закреплен на дополнительном двуплечем рычаге и электрически изолирован от корпуса установки, при этом держатель ультразвукового преобразователя и держатель контактного электрода электрически соединены с выходами источника тока, причем площадь контактной поверхности рабочего торца контактного электрода больше площади контактной поверхности рабочего торца сварочного инструмента.Installation for ultrasonic microwelding, containing a body with a U-shaped bearing base, mounted on a base plate, a welding head including an ultrasonic transducer holder with a welding tool for ultrasonic welding and a two-armed lever installed in centers coaxial to each other, a vertical and horizontal mechanism movements, a wire clamping unit with jaws, an optical head, a mounting heated table for the device being welded, a manipulator for moving the mounting table, an ultrasonic generator and a current source, characterized in that it is equipped with an additional two-arm lever and a holder with a contact electrode fixed in it, while fixed in the holder, the contact electrode is installed next to the welding tool, and the working end of the contact electrode is spaced from the working end of the welding tool along the Z axis by an amount not less than the value of the upsetting of the conductor during welding, while the contact electro e is installed with the ability to move relative to the welding tool along the X, Y, Z axes and with the possibility of setting an adjustable static pressure on the conductor during welding, and the contact electrode holder is fixed on an additional two-armed lever and electrically isolated from the installation body, while the ultrasonic transducer holder and the holder The contact electrode is electrically connected to the outputs of the current source, and the area of the contact surface of the working end of the contact electrode is greater than the area of the contact surface of the working end of the welding tool.
RU2020129362A 2020-09-04 2020-09-04 Installation of ultrasonic microwelding RU2742635C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129362A RU2742635C1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Installation of ultrasonic microwelding
PCT/RU2021/050271 WO2022050874A1 (en) 2020-09-04 2021-08-20 Ultrasonic micro-welding apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129362A RU2742635C1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Installation of ultrasonic microwelding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2742635C1 true RU2742635C1 (en) 2021-02-09

Family

ID=74554807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020129362A RU2742635C1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Installation of ultrasonic microwelding

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2742635C1 (en)
WO (1) WO2022050874A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759103C1 (en) * 2021-05-13 2021-11-09 Александр Владимирович Подувальцев Installation for microwelding of wire conductors

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5462951A (en) * 1977-08-26 1979-05-21 Motorola Inc Supersonic welding of metal lead to metal working segment
SU1540986A1 (en) * 1988-01-13 1990-02-07 Предприятие П/Я Р-6668 Installation for ultrasonic microwelding and inspecting butt joints
SU1673347A1 (en) * 1989-09-04 1991-08-30 Конструкторское бюро точного электронного машиностроения Ultrasonic welding device
RU15970U1 (en) * 2000-06-02 2000-11-27 Сизов Вячеслав Геннадьевич MICROWELDING UNIT
JP2003126967A (en) * 2001-10-16 2003-05-08 Yazaki Corp Ultrasonic welding device
US20130112665A1 (en) * 2010-07-26 2013-05-09 Pukyong National University Business Incubator Cen Device and method of vibro-spot welding
RU2525962C1 (en) * 2013-02-13 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электронной техники" Method to weld lead in semiconductor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5462951A (en) * 1977-08-26 1979-05-21 Motorola Inc Supersonic welding of metal lead to metal working segment
SU1540986A1 (en) * 1988-01-13 1990-02-07 Предприятие П/Я Р-6668 Installation for ultrasonic microwelding and inspecting butt joints
SU1673347A1 (en) * 1989-09-04 1991-08-30 Конструкторское бюро точного электронного машиностроения Ultrasonic welding device
RU15970U1 (en) * 2000-06-02 2000-11-27 Сизов Вячеслав Геннадьевич MICROWELDING UNIT
JP2003126967A (en) * 2001-10-16 2003-05-08 Yazaki Corp Ultrasonic welding device
US20130112665A1 (en) * 2010-07-26 2013-05-09 Pukyong National University Business Incubator Cen Device and method of vibro-spot welding
RU2525962C1 (en) * 2013-02-13 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электронной техники" Method to weld lead in semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759103C1 (en) * 2021-05-13 2021-11-09 Александр Владимирович Подувальцев Installation for microwelding of wire conductors
WO2022240312A1 (en) * 2021-05-13 2022-11-17 Алексей Александрович ПОДУВАЛЬЦЕВ Apparatus for micro-welding wire conductors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022050874A1 (en) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101209729B1 (en) One side direction spot welding device
RU2742635C1 (en) Installation of ultrasonic microwelding
JP2008529263A (en) Method for continuous wiring of conductors on a printed circuit board and apparatus for carrying out said method
CN102945813B (en) A kind of bonding joint device on full-automatic lead bonding equipment
JP6456568B1 (en) Three-dimensional structure manufacturing apparatus and three-dimensional structure manufacturing method
EP3095545A1 (en) Tig welding device and tig welding method
CN111048447A (en) Wire leading mechanism of bonding machine and working method
US5326014A (en) Head of ultrasonic wire bonding apparatus and bonding method
US7025243B2 (en) Bondhead for wire bonding apparatus
US4697058A (en) Microweld apparatus with an improved electrode tip design and tip support
WO2015180263A1 (en) Wrapping welding micro-jointing structure and wrapping welding micro-jointing method for cobalt-based amorphous wire
CN203599698U (en) Handpiece device of electronic point welding machine
US4870240A (en) Apparatus for contacting wires with resistance welding
RU2759103C1 (en) Installation for microwelding of wire conductors
KR101067749B1 (en) Jig for changing the parts of a welding torch
JPH0828387B2 (en) Wiring connection device
RU15970U1 (en) MICROWELDING UNIT
JPS6121748B2 (en)
WO2018107320A1 (en) Automatic apparatus for resistance welding underwater micro-welding, and resistance welding underwater welding method
JPH077263A (en) Method and apparatus for bonding jumper wiring
CN213614753U (en) Pressing wheel mechanism of friction stir welding machine
CN118002898A (en) Plasma welding device and welding process for titanium alloy pipeline
JPH08174210A (en) Solder joining method, heater chip for soldering weld, device for supplying solder and solder joining device
KR101149735B1 (en) A apparatus for tracking laser welding line
SU1215928A1 (en) Automatic installation for connecting wire leads